一种电解液、电化学装置及电子装置的制作方法

本技术涉及电化学，特别是涉及一种电解液、电化学装置及电子装置。

背景技术：

1、电化学装置，如锂离子电池，其具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点，现已作为电源广泛应用于相机、手机、无人机、笔记本电脑和智能手表等电子产品。

2、随着锂离子电池的使用范围不断扩大，市场对锂离子电池提出了更高的要求，需求锂离子电池具有宽的工作温度窗口，不仅在常温下表现出较好的电化学性能，还在高温或低温下展现出优异的电化学性能。而电解液作为锂离子电池中重要的组成部分，其工作温度范围会影响电化学装置的循环性能。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种电解液、电化学装置及电子装置，以兼顾低温循环性能和高温循环性能。具体技术方案如下：

2、本技术的第一方面提供了一种电解液，电解液包括锂盐、非水有机溶剂、式(i)所示的化合物和腈类化合物：

3、

4、其中，r1选自o或-ch(ra)-，ra选自h、f、c1至c5的烷基或c1至c5的烷氧基；r2和r3各自独立地选自h、f、c1至c5的烷基、c1至c5的烷氧基或c2至c5的烯基、c2至c5的炔基；r4独立地选自h、f、未取代或被f取代的c1至c5的烷基、c1至c5的烷氧基、c2至c5的烯基或c2至c5的炔基；基于电解液的质量，式(i)所示的化合物的质量百分含量x％为0.01％至3％，优选0.01≤x≤1；腈类化合物所含的氰基数为1至6，基于电解液的质量，腈类化合物的质量百分含量为y％，0.001≤x/y≤3优选0.001≤x/y≤0.6。例如x的值可以为0.01、0.05、0.1、0.3、0.5、0.8、1、1.5、2、2.5、3或为其中任意两个数值组成的范围，腈类化合物所含的氰基数为1、2、3、4、5、6，x/y的值可以为0.001、0.0014、0.005、0.01、0.05、0.1、0.3、0.5、0.6、0.8、1、1.5、2、2.5、3或为其中任意两个数值组成的范围。

5、电解液包括式(i)所示的化合物和腈类化合物，其中，腈类化合物可以稳定正极活性材料，同时会在负极发生还原反应破坏负极极片与电解液之间的界面(简记为负极界面)，相较于腈类化合物，式(i)所示的化合物更易于与负极发生反应，可以改善腈类化合物破坏上述界面的问题，从而式(i)所示的化合物和腈类化合物协同作用可以改善电化学装置的高温循环性能。此外，式(i)所示的化合物和腈类化合物相结合，还改善正极极片的热稳定性，从而改善电化学装置的高温存储性能和高温安全性能。并且，式(i)所示的化合物能够在负极表面形成具有良好的锂离子传输特性的sei膜，降低锂离子的传输阻抗，有利于改善电化学装置的低温循环性能。当x过小时，例如小于0.01，式(i)所示的化合物含量过少，无法改善腈类化合物破坏负极界面的问题，不利于提高正极极片的热稳定性以及降低锂离子的传输阻抗，从而不利于改善电化学装置的高温循环性能、高温存储性能、高温安全性能和低温循环性能。当x过大时，例如大于3，式(i)所示的化合物含量过多，会使得负极表面形成的sei膜过厚，增加锂离子的传输阻抗，从而不利于改善电化学装置的高温循环性能和低温循环性能。当x/y过小时，例如小于0.001，无法发挥式(i)所示的化合物和腈类化合物的协同作用，不利于稳定正极活性材料，无法改善电化学装置的高温循环性能和高温安全性能。当x/y过大时，例如大于3，也不利于发挥式(i)所示的化合物和腈类化合物的协同作用，导致正极活性材料稳定性较差以及负极界面阻抗过大，无法改善改善电化学装置的高温循环性能和低温循环性能。因此，电解液包括式(i)所示的化合物和腈类化合物，并调控x、x/y的值在上述范围内，不仅能够提高电化学装置的高温循环性能、高温存储性能和高温安全性能，还可以提高电化学装置的低温循环性能。在本技术中，“高温”是指温度大于或等于45℃，低温是指温度小于或等于0℃。

6、在本技术的一些实施方案中，基于电解液的质量，腈类化合物的质量百分含量y％可以为0.1％至10％，优选1≤y≤7，更优选2≤y≤5。例如y的值可以为0.1、1、1.5、2、2.5、3、4、5、6、7、8、9、10或为其中任意两个数值组成的范围。本技术调控y的值在0.1至10范围内，能够提高电化学装置的低温循环性能、高温循环性能、高温存储性能和高温安全性能。

7、在本技术的一些实施方案中，式(i)所示的化合物包含以下化合物中的至少一种：

8、

9、电解液包括上述范围内的式(i)所示的化合物和腈类化合物，可以更好的发挥式(i)所示的化合物和腈类化合物之间的协同作用，改善上述负极界面破坏的问题，提高正极极片的热稳定性，在负极表面形成具有良好的锂离子传输特性的sei膜，降低锂离子的传输阻抗，从而改善电化学装置的高温循环性能、高温安全性能以及低温循环性能。

10、在本技术的一些实施方案中，腈类化合物包含以下化合物中的至少一种：

11、

12、

13、电解液包括上述范围内的腈类化合物，可以更好的发挥式(i)所示的化合物和腈类化合物之间的协同作用，提高正极活性材料的稳定性，降低正极极片的界面阻抗，从而进一步改善电化学装置的高温循环性能、高温安全性能以及低温循环性能。

14、在本技术的一些实施方案中，电解液还包括含硼化合物，含硼化合物包括四氟硼酸锂、二氟硼酸锂、硼酸三甲酯、二草酸硼酸锂、硼酸三亚甲酯、甲基-1h-吡唑-5-硼酸频哪醇酯或2-氰基苯基硼酸-1,3-丙二醇环酯中的至少一者；基于电解液的质量，含硼化合物的质量百分含量a％为0.011％至1％，例如a的值可以为0.011、0.03、0.05、0.08、0.1、0.3、0.5、0.4、0.8、0.9、1或为其中任意两个数值组成的范围。电解液包括上述含硼化合物并调控a的值在上述范围内，利用含硼化合物结合正极活性材料释放的氧元素，改善正极活性材料在脱锂过程中氧原子的损失，与腈类化合物协同作用进一步稳定正极活性材料的结构，此外上述范围内的含硼化合物也易于在负极界面发生还原，形成sei膜中的有机组分(例如烷基锂)，进一步提高sei膜的柔韧性，从而改善负极极片脱锂过程中产生的膨胀、破裂问题，从而使得电化学装置具有良好的低温循环性能和安全性能的同时具有更好的高温循环性能。

15、在本技术的一些实施方案中，电解液包含酸酐化合物，酸酐化合物包括式(iii)所示的化合物：

16、

17、其中，r1至r8各自独立地选自h、f、cl、未取代或被f取代的c1至c5的链状烷基、c3至c6的环状烷基、c2至c5的烯基、c2至c5的炔基、c2至c5的烷氧基、c6至c10芳基、氨基、c2至c5的醛基、乙酰基、氰基、羟基、磺酸基或c2至c5的酯基；基于电解液的质量，式(iii)所示的化合物的质量百分含量为b％，0.01≤b≤5。例如b的值可以为0.01、0.05、0.1、0.3、0.5、0.8、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5或为其中任意两个数值组成的范围。电解液包括上述范围内的酸酐化合物并调控其含量在上述范围内，可以使得负极极片表面形成的sei膜具有良好的柔韧性和锂离子传输性能，降低锂离子的传输阻抗，从而有利于改善电化学装置的高温循环性能、高温存储性能、高温安全性能和低温循环性能。

18、在本技术的一些实施方案中，式(iii)所示的化合物包括以下化合物中的至少一种：

19、

20、

21、电解液包括上述范围内的酸酐化合物，可以使得负极极片表面形成的sei膜具有更好的柔韧性和锂离子传输性能，降低锂离子的传输阻抗，从而更有利于改善电化学装置的高温循环性能、高温存储性能、高温安全性能和低温循环性能。

22、在本技术的一些实施方案中，电解液还包括式(iv)所示的化合物：

23、

24、其中，r12至r15各自独立地选自h、f、c1至c6的氟代烷基、c1至c6的氟代烷氧基或c1至c6的氟代烷氧基烷基，且r12至r15不同时为h；基于电解液的质量，式(iv)所示的化合物的质量百分含量c％为1％至15％，例如c的值可以为1、2、3、4、5、7、8、9、10、12、13、15或为其中任意两个数值组成的范围。电解液包括式(iv)所示的化合物并调控其含量在上述范围内，可以调整电解液中的溶剂化结构，降低溶剂与锂离子的结合力，从而改善溶剂嵌入破坏负极活性材料的问题，提高sei膜的均匀性，降低锂离子的传输阻抗，从而进一步改善电化学装置的高温循环性能、高温存储性能和低温循环性能。

25、在本技术的一些实施方案中，式(iv)所示的化合物包括以下化合物中的至少一种：

26、

27、电解液包括上述范围内的式(iv)所示的化合物，有利于降低溶剂与锂离子的结合力，改善溶剂嵌入破坏负极活性材料的问题，提高sei膜的均匀性，降低锂离子的传输阻抗，从而改善电化学装置的高温循环性能、高温存储性能和低温循环性能。

28、本技术中，锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中的至少一种。基于电解液的质量，锂盐的质量百分含量为10％至15％。

29、本技术中，非水有机溶剂包括非氟代环状碳酸酯、非氟代链状碳酸酯或线性羧酸酯中的至少一种；非氟代环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸己烯酯或碳酸辛烯酯中的至少一种；非氟代链状碳酸酯包括碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二辛酯、碳酸二戊酯、乙基异丁基碳酸酯、异丙基碳酸甲酯、碳酸二正丁酯、碳酸二异丙酯或碳酸丙酯中的至少一种；线性羧酸酯包括丙酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯或丙酸丁酯中的至少一种。在一些实施方案中，电解液包括式(i)所示的化合物、腈类化合物、含硼化合物、酸酐化合物、锂盐和上述非水有机溶剂。其中，式(i)所示的化合物、腈类化合物、含硼化合物、酸酐化合物和锂盐的质量百分含量如上所述，基于电解液的质量，非水有机溶剂的质量百分含量为75％至88％。在另一些实施方案中，电解液包括式(i)所示的化合物、腈类化合物、含硼化合物、酸酐化合物、锂盐、式(iv)所示的化合物和上述非水有机溶剂。其中，式(i)所示的化合物、腈类化合物、含硼化合物、酸酐化合物、锂盐和式(iv)所示的化合物的质量百分含量如上所述，基于电解液的质量，非水有机溶剂的质量百分含量为60％至88％。

30、本技术的第二方面提供了一种电化学装置，其包括本技术第一方面提供的电解液，从而本技术提供的电化学装置，具有较低的阻抗、良好的高温循环性能、高温存储性能、高温安全性能和低温循环性能。

31、本技术的电化学装置还包括正极极片。本技术对正极极片没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可。例如，正极极片包含正极集流体和设置在正极集流体至少一个表上的正极活性材料层。在本技术中，正极活性材料层可以设置于正极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上，也可以设置于正极集流体厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是正极集流体的全部区域，也可以是正极集流体的部分区域，本技术没有特别限制，只要能实现本技术目的即可。

32、本技术对正极集流体没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可。例如，可以包括但不限于铝箔、铝合金箔或复合集流体(例如铝碳复合集流体)。本技术对正极集流体和正极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可。例如，正极集流体的厚度为6μm至12μm，正极活性材料层的厚度为30μm至120μm。本技术对正极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如，正极极片的厚度为50μm至250μm。

33、本技术的正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料包括能够可逆地嵌入和脱出活性离子如锂离子的物质。正极活性材料层可以是一层或多层，多层正极活性材料层中的每层可以包含相同或不同的正极活性材料。本技术对正极活性材料没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如，正极活性材料可以包括但不限于镍钴锰酸锂(例如ncm811、ncm622、ncm523、ncm111)、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂(licoo2)、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。本技术中，正极活性材料表面可以附着有与其组成不同的物质，示例性地，表面附着的物质可以包括但不限于氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硼、氧化锑、氧化铋、硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝、碳酸锂、碳酸钙、碳酸镁或碳中的至少一种。通过在正极活性材料表面附着上述物质，可以抑制正极活性材料表面的电解液的氧化反应，可以提高电化学装置的使用寿命。

34、正极活性材料层还可以包括导电剂和粘结剂，本技术对导电剂和粘结剂的种类没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如，粘结剂可以包括但不限于聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙中的至少一种；导电剂可以包括但不限于基于碳的材料、基于金属的材料或导电聚合物中的至少一种。示例性地，基于碳的材料可以包括天然石墨、人造石墨、乙炔黑、科琴黑或碳纤维中的至少一种，基于金属的材料可以包括但不限于金属粉、金属纤维、铜、镍、铝或银中的至少一种；导电聚合物可以包括但不限于聚亚苯基衍生物。本技术对正极活性材料层中正极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比没有特别限制，可以根据实际需要选择，只要能够实现本技术目的即可。

35、本技术的电化学装置还包括负极极片，本技术对负极极片没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可。例如，负极极片包含负极集流体和设置在负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层。在本技术中，负极活性材料层可以设置于负极集流体厚度方向上的一个表面上，也可以设置于负极集流体厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是负极集流体的全部区域，也可以是负极集流体的部分区域，本技术没有特别限制，只要能实现本技术目的即可。

36、本技术对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可。例如，可以包括但不限于铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体(例如碳铜复合集流体、镍铜复合集流体、钛铜复合集流体等)等。在本技术中，对负极集流体和负极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如，负极集流体的厚度为6μm至12μm，负极活性材料层的厚度为30μm至130μm。本技术中，负极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如，负极极片的厚度为50μm至280μm。

37、本技术的负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料层可以是一层或多层，多层负极活性材料层中的每层可以包含相同或不同的负极活性材料。负极活性材料为任何能够可逆地嵌入和脱出锂离子等活性离子的物质。负极活性材料可以包括但不限于天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(mcmb)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、siox(0.5<x<1.6)、li-sn合金、li-sn-o合金、sn、sno、sno2、尖晶石结构的钛酸锂锂化tio2-li4ti5o12，li-al合金及金属锂中的至少一种。本技术中的负极活性材料层还可以包括粘接剂、导电剂或增稠剂。本技术对粘结剂和导电剂的种类没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如，粘接剂和导电剂可以包括但不限于上述正极活性材料层可选的物质中的至少一种。本技术对增稠剂的种类没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，例如，增稠剂可以包括但不限于羧甲基纤维素钠。本技术对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可，负极极片还可以包含导电层，导电层位于负极集流体和负极材料层之间。导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。导电层包括导电剂和粘结剂。

38、本技术中，电化学装置还包括隔离膜，用以分隔正极极片和负极极片，防止电化学装置内部短路，允许电解质离子自由通过，且不影响电化学充放电过程的进行。本技术对隔离膜没有特别限制，只要能够实现本技术目的即可。例如，隔离膜的材料可以包括但不限于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)为主的聚烯烃(po)类、聚酯(例如聚对苯二甲酸二乙酯(pet)膜)、纤维素、聚酰亚胺(pi)、聚酰胺(pa)、氨纶或芳纶中的至少一种；隔离膜的类型可以包括织造膜、非织造膜、微孔膜、复合膜、碾压膜或纺丝膜中的至少一种。例如，隔离膜可以包括基材层和表面处理层。基材层可以为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。任选地，可以使用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。任选地，基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。例如，无机物层包括无机颗粒和粘结剂，本技术对无机颗粒没有特别限制，例如可以包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。本技术对粘结剂没有特别限制，例如可以是上述粘结剂中的至少一种。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚或聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。在本技术中，隔离膜的厚度没有特别限制，只要能实现本技术的目的即可，例如隔离膜的厚度可以为5μm至500μm。

39、本技术的电化学装置还包括包装袋，用于容纳正极极片、隔离膜、负极极片和电解液，以及电化学装置领域中已知的其它部件，本技术对上述其它部件不做限定。本技术对包装袋没有特别限制，可以为本领域公知的包装袋，只要能够实现本技术目的即可。例如，可采用铝塑膜包装袋。

40、本技术的电化学装置没有特别限定，其可以包括发生电化学反应的任何装置。在一些实施例中，电化学装置可以包括但不限于锂金属二次电池、锂离子二次电池(锂离子电池)、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池等。

41、本技术的电化学装置的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本技术没有特别的限制，例如，可以包括但不限于以下步骤：将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件，将电极组件放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置；或者，将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好得到叠片结构的电极组件，将电极组件置入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装袋中，从而防止电化学装置内部的压力上升、过充放电。

42、本技术的第三方面提供了一种电子装置，其包括本技术第二方面提供的电化学装置。本技术提供的电化学装置具有良好的高温循环性能、高温存储性能、高温安全性能和低温循环性能，因此本技术提供的电子装置具有较长的使用寿命。本技术的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携cd机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

43、本技术的有益效果：

44、本技术提供了一种电解液、电化学装置及电子装置。其中，电解液包括锂盐、非水有机溶剂、式(i)所示的化合物和腈类化合物；基于电解液的质量，式(i)所示的化合物的质量百分含量x％为0.01％至3％；腈类化合物的总质量百分含量为y％，0.001≤x/y≤3。电解液包括式(i)所示的化合物和腈类化合物，其中，腈类化合物可以稳定正极活性材料，同时会在负极发生还原反应破坏负极极片与电解液之间的界面，相较于腈类化合物，式(i)所示的化合物更易于与负极发生反应，可以改善腈类化合物破坏上述界面的问题，从而式(i)所示的化合物和腈类化合物协同作用可以改善电化学装置的高温循环性能。并且，式(i)所示的化合物能够在负极表面形成具有良好的锂离子传输特性的sei膜，降低锂离子的传输阻抗，有利于改善电化学装置的低温循环性能。因此，电解液包括式(i)所示的化合物和腈类化合物，不仅能够提高电化学装置的高温循环性能和热箱性能，还可以提高低温性能。

45、当然，实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。